SIMULASI PROGRAM “AUTOMATIC FAN” MENGGUNAKAN SENSOR SUHU LM35

PROJECT AKHIR SEMESTER 5 MIKROCONTROLLER

SIMULASI PROGRAM “AUTOMATIC FAN” MENGGUNAKAN SENSOR SUHU LM35

Tujuan

Pada tugas akhir semester 5 mikrocontroller simulasi program automatic fan menggunakan sensor suhu LM35 bertujuan untuk:

1. Melengkapi tugas project akhir semester 5 mata kuliah Mikrocontroller.

2. Mahasiswa dapat memahami aplikasi microcontroller arduino.

3. Mahasiswa dapat memahami pembacaan sensor suhu LM35 melalui LCD.

4. Mahasiswa dapat memahami pangaturan PWM melalui sensor suhu LM35.

Latar Belakang

Penghematan energi listrik merupakan hal yang sangat diperlukan. Dampak dari kota metropolitan salah satunya adalah kebutuhan listrik yang kian meningkat akibat banyaknya kaum urban untuk menuntut ilmu dan mencari nafkah. Untuk itu perlu adanya solusi alternatif peralatan listrik yang dapat menghemat energy.

Penggunaan peralatan listrik yang sering ditemui dalam keadaan boros pemakaian adalah kipas angin. Kerap kali sekelompok manusia melakukan aktivitas seperti belajar, rapat, dan mengadakan pertemuan di dalam ruangan selalu menyalakan kipas angin guna memperoleh kenyamanan karena suhu yang tinggi. Namun suhu di sekitar kita tidak selalu memiliki nilai yang konstan. Terkadang suhu menjadi tinggi, terkadang suhu menjadi turun. Akibat dari itu, tidak mungkin seorang manusia menyalakan dan mematikan kipas angin yang sesuai dengan suhu saat itu.

Dari masalah diatas pada tugas akhir ini, dirancang sebuah simulator yang dapat menyalakan motor dc sebagai kipas angin secara otomatis sekaligus mengatur level kecepatan putaran dari kipas angin tersebut. Alat ini dibuat menggunakan sensor LM35 sebagai pendeteksi suhu dimana nilai suhu yang terbaca akan ditampilkan pada display LCD, dan nilai tersebut adalah nilai yang terbaca dari sensor tersebut. Berdasarkan hasil pengujian dan analisa data yang telah dilakukan, didapatkan hasil dimana sistem bekerja secara baik dengan rata-rata persentase error yang diperoleh adalah sebesar 1,74%.

Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah pada tugas akhir semester 5 mikrocontroller simulasi program automatic fan menggunakan sensor suhu LM35 adalah:

1. Bagaimana membuat rangkaian pengendali motor dengan sensor suhu LM35 dalam simulasi proteus?

2. Bagaimana membuat program arduino yang menjalankan rangkaian pengendali motor dengan sensor suhu LM35 dalam simulasi proteus?

Batasan Masalah

Adapun batasan masalah pada tugas akhir semester 5 mikrocontroller simulasi program automatic fan menggunakan sensor suhu LM35 adalah:

1. Rangkaian di buat dalam bentuk simulasi di ISIS proteus.

2. Bahasa pemrograman yang menjalankan rangkaian ini adalah Arduino.

Dasar Teori

Penggunaan motor DC dewasa ini sudah sangatlah umum, salah satu kelebihan motor DC adalah relatif gampang didapat dan mudah diatur kecepatan putarnya. Secara umum pengaturan kecepatan motor DC adalah dengan menggunakan cara analog. Dalam hal ini, kecepatan motor DC akan diatur dengan pembacaan sensor suhu LM35.

A. Sensor Suhu LM35

1. Pengertian

Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.

Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .

2. Struktur Sensor LM35

Gambar 1. Sensor Suhu LM35

Gambar diatas menunjukan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau V_out dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :

V_LM35 = Suhu^* 10 mV

Gambar 2. Skematik Rangkaian Dasar Sensor

Gambar diatas kanan adalah gambar skematik rangkaian dasar sensor suhu LM35-DZ. Rangkaian ini sangat sedeCrhana dan praktis. Vout adalah tegangan keluaran sensor yang terskala linear terhadap suhu terukur, yakni 10 milivolt per 1 derajad celcius. Jadi jika Vout = 530mV, maka suhu terukur adalah 53 derajad Celcius.Dan jika Vout = 320mV, maka suhu terukur adalah 32 derajad Celcius. Tegangan keluaran ini bisa langsung diumpankan sebagai masukan ke rangkaian pengkondisi sinyal seperti rangkaian penguat operasional dan rangkaian filter, atau rangkaian lain seperti rangkaian pembanding tegangan dan rangkaian Analog-to-Digital Converter.

Rangkaian dasar tersebut cukup untuk sekedar bereksperimen atau untuk aplikasi yang tidak memerlukan akurasi pengukuran yang sempurna. Akan tetapi tidak untuk aplikasi yang sesungguhnya. Terbukti dari eksperimen yang telah saya lakukan, tegangan keluaran sensor belumlah stabil. Pada kondisi suhu yang relatif sama, jika tegangan suplai saya ubah-ubah (saya naikkan atau turunkan), maka Vout juga ikut berubah. Memang secara logika hal ini sepertinya benar, tapi untuk instrumentasi hal ini tidaklah diperkenankan. Dibandingkan dengan tingkat kepresisian, maka tingkat akurasi alat ukur lebih utama karena alat ukur seyogyanya dapat dijadikan patokan bagi penggunanya. Jika nilainya berubah-ubah untuk kondisi yang relatif tidak ada perubahan, maka alat ukur yang demikian ini tidak dapat digunakan.

3. Karakteristik Sensor LM35.

Adapun karakterisrik dari sensor LM35:

1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.

2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC seperti terlihat pada gambar 2.2.

3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.

4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.

5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.

6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.

7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.

8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

Gambar 3. Grafik akurasi LM35 terhadap suhu

Sensor LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100°C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (self heating) kurang dari 0,1°C, dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan antar muka (interface) rangkaian control yang sangat mudah.

IC LM 35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear terhadap perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mV /°C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1° C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV.

Gambar 4. Rangkaian Sensor LM35

IC LM 35 ini tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius pada temperature ruang. Jangka sensor mulai dari – 55°C sampai dengan 150°C, IC LM35 penggunaannya sangat mudah, difungsikan sebagai kontrol dari indicator tampilan catu daya terbelah. IC LM 35 dapat dialiri arus 60 μ A dari supplay sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0 ° C di dalam suhu ruangan.

Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM35 yang dapat dikalibrasikan langsung dalam C (celcius), LM35 ini difungsikan sebagai basic temperature sensor.

Adapun keistimewaan dari IC LM 35 adalah :

· Kalibrasi dalam satuan derajat celcius.

· Lineritas +10 mV/ º C.

· Akurasi 0,5 º C pada suhu ruang.

· Range +2 º C – 150 º C.

· Dioperasikan pada catu daya 4 V – 30 V.

· Arus yang mengalir kurang dari 60 μA

3. Prinsip Kerja Sensor LM35

Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara disekitarnya .

Jarak yang jauh diperlukan penghubung yang tidak terpengaruh oleh interferensi dari luar, dengan demikian digunakan kabel selubung yang ditanahkan sehingga dapat bertindak sebagai suatu antenna penerima dan simpangan didalamnya, juga dapat bertindak sebagai perata arus yang mengkoreksi pada kasus yang sedemikian, dengan mengunakan metode bypass kapasitor dari V_inuntuk ditanahkan.

Maka dapat disimpulkan prinsip kerja sensor LM35 sebagai berikut:

• Suhu lingkungan di deteksi menggunakan bagian IC yang peka terhadap suhu

• Suhu lingkungan ini diubah menjadi tegangan listrik oleh rangkaian di dalam IC, dimana perubahan suhu berbanding lurus dengan perubahan tegangan output.

• Pada seri LM35

V_out=10 mV/^oC

Tiap perubahan 1^oC akan menghasilkan perubahan tegangan output sebesar 10mV

4. Kelebihan dan Kelemahan Sensors LM35

• Kelebihan:

a. Rentang suhu yang jauh, antara -55 sampai +150 ^oC

b. Low self-heating, sebesar 0.08 ^oC

c. Beroperasi pada tegangan 4 sampai 30 V

d. Rangkaian tidak rumit

e. Tidak memerlukan pengkondisian sinyal

• Kekurangan:

a. Membutuhkan sumber tegangan untuk beroperasi

5. Pembacaan sensor suhu dalam program arduino:

Tegangan yang masuk dikonversi terlebih dahulu menjadi data digital. Arduino yang digunakan adalah Arduino UNO. Pin analog Arduino dapat menerima nilai hingga 10 bit sehingga dapat mengkonversi data analog menjadi 1024 keadaan (2¹⁰= 1024). Artinya nilai 0 merepresentasikan tegangan 0 volt dan nilai 1023 merepresentasikan tegangan 5 volt. Data yang sebelumnya analog dikonversi menjadi data digital. Proses konversi dari nilai analog menjadi digital ini disebut proses ADC (Analog to Digital Conversion). Bagaimana jika tegangan 5 volt dikonversi menjadi data digital 10 bit?

Artinya setiap 1 angka desimal mewakili tegangan sebesar 0,004887585 volt. Kemudian untuk besar tegangan yang diwakili angka 512 dapat dihitung dengan cara

C. Driver Motor DC

Pada dasarnya beberapa aplikasi yang menggunakan motor DC harus dapat mengatur kecepatan dan arah putar dari motor DC itu sendiri. Untuk dapat melakukan pengaturan kecepatan motor DC dapat menggunakan metode PWM (Pulse Width Modulation) sedangkan untuk mengatur arah putarannya dapat menggunakan rangkaian H-bridge yang tersusun dari 4 buah transistor. Tetapi dipasaran telah disediakan IC L293D sebagai driver motor DC yang dapat mengatur arah putar dan disediakan pin untuk input yang berasal dari PWM untuk mengatur kecepatan motor DC.

Jika diinginkan sebuah motor DC yang dapat diatur kecepatannya tanpa dapat mengatur arah putarnya, maka kita dapat menggunakan sebuah transistor sebagai driver. Untuk mengatur kecepatan putar motor DC digunakan PWM yang dibangkitkan melalui fitur Timer pada mikrokontroler. Sebagian besar power supply untuk motor DC adalah sebesar 12 V, sedangkan output PWM dari mikrokontroler maksimal sebesar 5 V. Oleh karena itu digunakan transistor sebagai penguat tegangan. Dibawah ini adalah gambar driver motor DC menggunakan transistor.

Gambar 5. Driver Motor DC menggunakan Transistor

Sedangkan jika diinginkan sebuah motor DC yang dapat diatur kecepatan atau arah putarnya maka digunakanlah rangkaian H-brigde yang tersusun dari 4 buah transistor.

Gambar 6. Rangkaian H-Bridge

Dari gambar diatas jika diinginkan motor DC berputar searah jarum jam maka harus mengaktifkan transistor1 dan transistor4 dengan cara memberikan logika high pada kaki Basis transistor tersebut. Sedangkan untuk berputar berlawanan arah jarum jam maka harus mengaktifkan transistor2 dan transistor 3 dengan cara memberikan logika high pada kaki Basis transistor tersebut. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini.

Gambar 7. Rangkaian penentuan arah putar

Dari gambar diatas terlihat jelas bahwa dengan mengaktifkan transistor1 dan transistor4 akan menyebabkan motor DC berputar searah jarum jam. Dimana arus listrik akan mengalir dari power supply (12 V) melalui transistor1, lalu ke motor DC, lalu ke transistor4 dan akan berakhir di ground. Begitu juga sebaliknya untuk putaran berlawanan arah jarum jam.

Sedangkan untuk pengaturan kecepatannya anda dapat menghubungkan output PWM ke kaki basis transistor1 untuk putaran searah jarum jam. Dan untuk putaran berlawanan arah jarum jam, output PWM dapat dihubungkan kekaki basis transistor2.

Software yang diperlukan

Adapun software yang dibutuhkan untuk membuat simulasi program automatic fan menggunakan sensor suhu LM35 adalah:

1. ISIS Proteus 7 Profesional beserta library arduino

2. Arduino beserta library LCD

Langkah Percobaan

1. Install Software ISIS Proteus Pro dan masukkan library arduino.

2. Install Software Arduino dan masukkan library LCD.

3. Buka ISIS Proteus dengan cara Startàall programàproteus 7 profesionalàIsis 7 profesional

Gambar 8. Membuka ISIS Proteus

4. Setelah itu rangkai lah seperti gambar dibawah ini

Gambar 9. Rangkaian di proteus

5. Kemudian buka software arduino untuk menuliskan program nya.

Gambar 10. Tampilan Arduino

6. Tulis program yang ada di bawah ini

#include "LiquidCrystal.h";

LiquidCrystal lcd(2, 3, 4, 5, 6, 7);

float tempC;

int tempPin =A0, hasil;

char a[16];

int pwm=10;

int Tr1=1;

int Tr2=8;

int Tr3=0;

int Tr4=9;

void setup() {

pinMode(13,OUTPUT);

pinMode(Tr1,OUTPUT);

pinMode(Tr2,OUTPUT);

pinMode(Tr3,OUTPUT);

pinMode(Tr4,OUTPUT);

pinMode(pwm,OUTPUT);

Serial.begin(9600);

lcd.begin(16, 2);

lcd.print("Temperatur:");

}

void loop() {

lcd.setCursor(0, 1);

tempC = analogRead(tempPin);

tempC = (5.0 * tempC * 100.0)/1024.0;

hasil=(int)tempC;

sprintf(a,"Suhu=%d",hasil);

lcd.print(a);

// Serial.println(tempC);

if(hasil>24 && hasil<31){

analogWrite(pwm,128);

analogWrite(Tr1,128);

digitalWrite(Tr2,LOW);

digitalWrite(Tr3,LOW);

analogWrite(Tr4,252);

digitalWrite(13,LOW);

}

else if(hasil>30){

digitalWrite(Tr1,HIGH);

digitalWrite(Tr2,LOW);

digitalWrite(Tr3,LOW);

digitalWrite(Tr4,HIGH);

digitalWrite(13,LOW);

}

else

{

digitalWrite(13,HIGH);

delay(500);

digitalWrite(13,LOW);

delay(500);

digitalWrite(Tr1,LOW);

digitalWrite(Tr2,LOW);

digitalWrite(Tr3,LOW);

digitalWrite(Tr4,LOW);

}

7. Compile program dan coppy alamat file yang formatnya hex

8. Buka lagi proteus yang sudah ada rangkaian sebelumnya dan paste alamat file yang formatnya hex hasil compile program ke dalam component arduino yang ada di proteus.

9. Run rangkaian yang ada di proteus, amati kecepatan motor ketika suhu dinaikkan maupun diturunkan.

Hasil Percobaan

Adapun hasil percobaan ketika rangkaian di jalankan:

Tabel 1. Hasil Percobaan

No.	Suhu (C)	Kecepatan Motor	Kondisi LED
1	20	Tidak Berputar	Berkedip
2	22	Tidak Berputar	Berkedip
3	24	Tidak Berputar	Berkedip
4	26	Berputar lambat	Padam
5	28	Berputar lambat	Padam
6	30	Berputar lambat	Padam
7	32	Berputar cepat	Padam
8	34	Berputar cepat	Padam
9	36	Berputar cepat	Padam
10	40	Berputar cepat	Padam

Nb. Sesuai dengan program arduino

Adam Surya Putra

Hi. I’m student of telecommunications engineering in EEPIS (Electronic Engineering Polytechnic Institute of Surabaya). I’m a private teacher for elementary, middle, and high school student. I am currently working on research in the field of node localization in wireless sensor networks. Thank you for coming